JP2008204759A

JP2008204759A - 誘導加熱調理器

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Publication number: JP2008204759A
Application number: JP2007038825A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nomura; 智野村
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-02-20
Also published as: JP4781295B2

Abstract

【課題】鍋サイズによらず高火力から低火力まで火力調整が可能で、アルミ製等の低インピーダンスの鍋に対しても過電流を流さずに安全に鍋判定のできる誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】３組のアームのうち１組を共通アーム９とし、この共通アーム９と他の２組のアーム１０、１１間にそれぞれ直列共振回路３２、３３と３４、３５を接続するとともに、その直列共振回路の内コイル３２と外コイル３４を共通アーム９から流れ出る電流の周回方向が同じ向きになるように接続し、制御部３９においては、共通アーム９と他の２組のアーム１０、１１とを高周波で駆動するフルブリッジ動作と、共通アーム９を固定駆動するとともに他の２組のアーム１０、１１の少なくとも１組を高周波で駆動するハーフブリッジ動作を切り換え可能にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の加熱コイルを有する誘導加熱調理器に関するものである。

従来の誘導加熱調理器には、略同心円状に配設された内コイルと外コイルを有し、その内コイルと外コイルをそれぞれフルブリッジ式インバータ回路で駆動するものがある。小径鍋に対しては内コイルのみを駆動し、大径鍋に対しては内コイルと外コイルとを時分割で交互に駆動し、フルブリッジ式インバータ回路の一方のアームを共通化してコストの低減を図っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−９１０６３号公報

従来の誘導加熱調理器では、前述したように鍋サイズに応じて内コイルのみ、あるいは内コイルと外コイルに通電するので鍋サイズによらず漏れ磁束が少なく、また、フルブリッジ式インバータ回路を用いているので内コイルや外コイル等の負荷回路に印加する電圧が高く、高火力を得やすい。しかし、低火力に出力を絞ることが難しく、また、時分割で通電状態を切り換えて加熱するため、鍋の温度変動が大きくなり、調理物が焦げ付くことがあった。さらに、アルミ製等の低インピーダンスの鍋が載置された場合には、加熱コイルに過電流が流れ易く、インバータ回路のスイッチング素子が破壊されてしまうおそれがあった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、鍋サイズによらず高火力から低火力まで火力調整が可能で、アルミ製等の低インピーダンスの鍋に対しても過電流を流さずに安全に鍋判定のできる誘導加熱調理器を得ることを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、直流電源回路の母線間にそれぞれ２個のスイッチング素子が直列に接続されてなり、この２個のスイッチング素子を組とする３組のアームと、３組のアームの各スイッチング素子を駆動制御するインバータ制御手段と、同心円上に配設された内コイルおよび外コイルと、内コイルおよび外コイルとそれぞれ直列共振回路を構成する共振コンデンサと、直流電源回路に入力される電流を検出する入力電流検出手段と、内コイルに流れる電流を検出する内コイル電流検出手段と、外コイルに流れる電流を検出する外コイル電流検出手段とを備え、３組のアームのうち１組を共通アームとし、この共通アームと他の２組のアーム間にそれぞれ直列共振回路を接続するとともに、その直列共振回路の内コイルと外コイルを共通アームから流れ出る電流の周回方向が同じ向きになるように接続し、インバータ制御手段において、共通アームを高周波で駆動するとともに他の２組のアームの少なくとも１組を高周波で駆動するフルブリッジ動作と、共通アームを固定駆動するとともに他の２組のアームの少なくとも１組を高周波で駆動するハーフブリッジ動作を切り換え可能にしたものである。

また、インバータ制御手段は、加熱開始時に共通アームの２個のスイッチング素子のうち何れか一方をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアームの少なくとも一方を高周波で駆動してハーフブリッジ動作させ、入力電流検出手段により検出された入力電流と内コイル電流検出手段あるいは外コイル電流検出手段の少なくとも一方の検出電流との相関に基づいて負荷判定を行うようにしたものである。

さらに、インバータ制御手段は、ハーフブリッジ動作で行った負荷判定が不確定のとき、共通アームと他の２組のアームのうち一方のアームとを高周波で駆動してフルブリッジ動作させ、入力電流検出手段により検出された入力電流と内コイル電流検出手段あるいは外コイル電流検出手段の何れか一方の検出電流との相関に基づいて再び負荷判定を行うようにしたものである。

この発明に係る誘導加熱調理器は、共通アームと他の１組のアームとの間に内コイルを、共通アームともう１組のアームとの間に外コイルを接続したので、内コイルと外コイルへの電圧印加を別々に可能であり、内コイルと外コイルに対して共通アームから流れ出る電流の周回方向が同じ向きになるように内コイルと外コイルを接続したので、内コイルと外コイルに流れる電流はお互いに抑制しあって過電流が流れ難くすることができ、インバータ制御手段でフルブリッジ動作とハーフブリッジ動作を切り換え可能にすることにより、負荷の鍋サイズに依らず高火力から低火力まで出力制御を行うことができる。

また、加熱開始時に共通アームの２個のスイッチング素子のうち何れか一方をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアームの少なくとも一方を高周波で駆動してハーフブリッジ動作させるようにしたので、コイルへの印加電圧を低減して低インピーダンスの鍋検出時に流れる過電流を抑えることが可能になり、使用する鍋の材質を安全確実に判別することができる。

さらに、ハーフブリッジ動作で行った負荷判定が不確定のとき、共通アームと他の２組のアームのうち一方のアームとを高周波で駆動してフルブリッジ動作させ、入力電流検出手段により検出された入力電流と内コイル電流検出手段あるいは外コイル電流検出手段の何れか一方の検出電流との相関に基づいて再び負荷判定を行うようにしたので、各アームに過電流を流すことなく正確に負荷を判定することができる。

以下、本発明に係る誘導加熱調理器の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。
図において、商用交流電源１から供給される電力は直流電源回路２で直流電力に変換される。直流電源回路２は、交流電力を整流する整流ダイオードブリッジ３とリアクトル４と平滑コンデンサ５とから構成されている。そして、直流電源回路２へ入力される入力電力は、入力電流検出器６と入力電圧検出器７とによって検出される。直流電源回路２で直流電力に変換された電力はインバータ回路８に供給される。

このインバータ回路８は、直流電源回路２の正負母線間に直列に接続された２個のスイッチング素子（IGBT）と、そのスイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続されたダイオードとによって構成される３組のアームからなっている。なお、これ以降、３組のアームのうち１組を共通アーム９、他の２組を内コイル用アーム１０および外コイル用アーム１１と呼ぶ。また、各アーム９〜１１の正母線側のスイッチング素子を上スイッチ１２、１７、２２、負母線側のスイッチング素子を下スイッチ１３、１８、２３と呼び、各アーム９〜１１の正母線側の逆並列ダイオードを上ダイオード１４、１９、２４、負母線側の逆並列ダイオードを下ダイオード１５、２０、２５と呼ぶ。

共通アーム９は、後述する内コイル負荷回路３０及び外コイル負荷回路３１に接続されたアームで、上スイッチ１２および下スイッチ１３と、これらスイッチ１２、１３にそれぞれ逆並列に接続された上ダイオード１４および下ダイオード１５とで構成され、上スイッチ１２および下スイッチ１３の接続点が共通アーム９の出力点となっている。下スイッチ１３にはスナバコンデンサ１６が並列に接続されている。内コイル用アーム１０は、内コイル負荷回路３０が接続されたアームで、上スイッチ１７および下スイッチ１８と、これらスイッチ１７、１８に逆並列に接続された上ダイオード１９および下ダイオード２０とから構成されている。下スイッチ１８にはスナバコンデンサ２１が並列に接続されている。また、外コイル用アーム１１は、外コイル負荷回路３１が接続されたアームで、上スイッチ２２および下スイッチ２３と、これらスイッチ２２、２３にそれぞれ逆並列に接続された上ダイオード２４および下ダイオード２５とで構成されている。下スイッチ２３にはスナバコンデンサ２６が並列に接続されている。

共通アーム９の上スイッチ１２と下スイッチ１３は共通アーム駆動回路２７から出力される駆動信号によりオンオフ駆動され、内コイル用アーム１０の上スイッチ１７と下スイッチ１８は内コイル用アーム駆動回路２８から出力される駆動信号によりオンオフ駆動され、外コイル用アーム１１の上スイッチ２２と下スイッチ２３は外コイル用アーム駆動回路２９から出力される駆動信号によりオンオフ駆動される。

共通アーム駆動回路２７は、共通アーム９の上スイッチ１２をオンさせている間は下スイッチ１３をオフ状態にし、上スイッチ１２をオフさせている間は下スイッチ１３をオン状態にし、交互にオンオフする駆動信号を出力する。内コイル用アーム駆動回路２８も同様に、内コイル用アーム１０の上スイッチ１７と下スイッチ１８を交互にオンオフする駆動信号を出力するものであり、外コイル用アーム駆動回路２９も同様に、外コイル用アーム１１の上スイッチ２２と下スイッチ２３を交互にオンオフする駆動信号を出力する。

なお、前述したスナバコンデンサ１６、２１、２６はそれぞれ、共通アーム９、内コイル用アーム１０、外コイル用アーム１１における各スイッチ１３、１８、２３のターンオフ時の出力電圧の変動を遅延させてスイッチのターンオフ損失を低減するために設けられている。

内コイル負荷回路３０は、内コイル３２と共振コンデンサ３３とで構成される直列共振回路であり、共通アーム９の出力点と内コイル用アーム１０の出力点との間に接続され、外コイル負荷回路３１は、外コイル３４と共振コンデンサ３５とで構成される直列共振回路であり、共通アーム９の出力点と外コイル用アーム１１の出力点との間に接続されている。内コイル３２は、略円形に巻回された外形の小なる加熱用のコイルであり、その外周に環状の外コイル３４が巻回されており、内コイル３２と外コイル３４の中心位置が略一致するように配設されている。なお、内コイル３２と外コイル３４は、大径鍋が載置された状態で、そのインダクタンス値が略同等になるように調整されており、内コイル負荷回路３０と外コイル負荷回路３１は略同等の共振周波数を有するようにしている。また、内コイル３２と外コイル３４は、共通アーム９から見て、同一周回方向に巻回されて接続されている。内コイル電流検出器３６は内コイル３２に流れる電流を、外コイル電流検出器３７は外コイル３４に流れる電流を検出し、電流の大きさ及び位相を検出できるようになっている。外コイル電圧検出器３８は外コイル３４に発生する電圧を検出する。

制御部３９は、誘導加熱器全体を制御するもので、操作入力部４０からの入力指示により、表示部４１に動作状態を表示するとともに、入力電流検出器６や入力電圧検出器７、内コイル電流検出器３６及び外コイル電流検出器３７の検出値を取り込みながら各アーム駆動回路２７〜２９を制御し、加熱出力を調整する。なお、各アーム９〜１１に出力される駆動信号は、内コイル負荷回路３０および外コイル負荷回路３１の共振周波数より高い駆動周波数として、負荷回路に流れる電流は負荷回路に印加される電圧と比較して遅れ位相で流れるように制御する。

また、制御部３９は、共通アーム９と他の２組のアーム１０、１１とを高周波で駆動するフルブリッジ動作と、共通アーム９を固定駆動するとともに他の２組のアーム１０、１１の少なくとも１組を高周波で駆動するハーフブリッジ動作を切り換え可能にし、加熱開始時には、例えば、共通アーム９の上下スイッチ１２、１３のうち下スイッチ１３をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアーム１０、１１のうち内コイル用アーム１０を高周波で駆動してハーフブリッジ動作させ、入力電流検出器６により検出された入力電流と内コイル電流検出器３６の検出電流との相関に基づいて負荷判定（一次判定）を行い、この負荷判定が不確定のときは、共通アーム９と他の２組のアーム１０、１１のうち内コイル用アーム１０を高周波で駆動してフルブリッジ動作させ、入力電流検出器６により検出された入力電流と内コイル電流検出器３６の検出電流との相関に基づいて再び負荷判定（二次判定）を行うインバータ制御手段を備えている。この点については動作説明時に詳述する。

次に、前記のように構成された誘導加熱調理器の動作について、図２〜図１３の図面を用いて説明する。なお、図９〜図１３については後述する。図２は実施の形態１における誘導加熱調理器の加熱制御処理を示すフローチャート、図３はインバータ回路へのフルブリッジモードにおける駆動信号の一例を示す波形図、図４はインバータ回路へのハーフブリッジモードにおける駆動信号の一例を示す波形図、図５はインバータ回路のフルブリッジモードの出力電圧を示す波形図、図６はインバータ回路のハーフブリッジモードの出力電圧を示す波形図、図７は内コイル通電と外コイル通電とから内コイルのみに通電を切り換える判定条件を示す図、図８は内コイルのみの通電から内コイルと外コイルとに通電を切り換える判定条件を示す図である。

制御部３９は、まず、操作入力部４０からの加熱指示入力の有無を判定し（ステップ１）、入力が有った場合には被加熱負荷が適正なものであるか否かを判定する初期負荷判定処理を行う（ステップ２）。この初期負荷判定処理の詳細については後述する。初期負荷判定の結果（ステップ３）、無負荷あるいは鍋不適と判断した場合には、インバータ回路８を駆動することなく（ステップ４）、鍋が適していない旨を表示部に表示し（ステップ５）、ステップ１に戻って加熱指示入力の有無を判定する。

一方、ステップ３において鍋適正と判断した場合には、通電する加熱コイルを内コイル３２と外コイル３４の両方に通電するモードに設定し（ステップ６）、設定火力の大きさの判定に入る（ステップ７）。設定火力が所定値より大きい場合にはフルブリッジモードでインバータ回路８を駆動し（ステップ８）、設定火力の方が小さい場合にはハーフブリッジモードで駆動する（ステップ９）。

フルブリッジモードでは、図３に示すように、共通アーム９の上下スイッチ１２、１３に高周波の駆動信号が出力されるとともに、内コイル用アーム１０の上下スイッチ１７、１８および外コイル用アーム１１の上下スイッチ２２、２３にそれぞれ高周波の駆動信号が出力され、各出力端子に高周波電圧が発生する。内コイル３２とその共振コンデンサ３３で構成される内コイル負荷回路３０に印加される電圧は、内コイル用アーム１０の出力端子電圧と共通アーム９の出力端子電圧の差であり、外コイル３３とその共振コンデンサ３４で構成される外コイル負荷回路３１には、外コイル用アーム１１の出力端子電圧と共通アーム９の出力端子電圧の差が印加される。また、ハーフブリッジモードでは、図４に示すように、共通アーム９の下スイッチ１３をオン状態にして継続（固定）し、その出力端子電圧が０Ｖに固定され、内コイル用アーム１０と外コイル用アーム１１とを高周波で駆動し、内コイル負荷回路３０と外コイル負荷回路３１とに高周波電圧が印加される。

次に、図２に示すステップ１０において、入力電流検出器６と入力電圧検出器７とにより検出された入力電流と入力電圧とから入力電力を算出し、操作入力部４０によって設定された設定火力の電力と比較する。入力電力の方が大きかった場合には、各アーム駆動回路２７〜２９から出力される駆動信号を、加熱出力が低減する方向に制御する（ステップ１１）。具体的には、フルブリッジモードの場合には、共通アーム９と内コイル用アーム１０あるいは外コイル用アーム１１への高周波の駆動信号の位相差を小さくすることにより、図５（ａ）に示すように、出力端子電圧の位相差を小さくして、内コイル負荷回路３０あるいは外コイル負荷回路３１に印加する交流電圧の実効値を抑制する。また、ハーフブリッジモードの場合には、内コイル用アーム１０あるいは外コイル用アーム１１の上スイッチ１７又は２２の通電時間を短くして、図６（ａ）に示すように、内コイル負荷回路３０あるいは外コイル負荷回路３１に印加する交流電圧の実効値を抑制する。

また、ステップ１０において、設定電力の方が入力電力より大きい場合には、加熱出力を増大させるように制御する（ステップ１２）。具体的には、フルブリッジモードの場合には、共通アーム９と内コイル用アーム１０あるいは外コイル用アーム１１への高周波の駆動信号の位相差を大きくすることにより、図５（ｂ）に示すように、出力端子電圧の位相差を大きくする。また、ハーフブリッジモードの場合には、内コイル用アーム１０あるいは外コイル用アーム１１の上スイッチ１７又は２２の通電時間を長くして、図６（ｂ）に示すように、内コイル負荷回路３０あるいは外コイル負荷回路３１に印加する交流電圧の実効値を増大させる。

続いて、通電コイルモードを判定する（ステップ１３）。つまり、内コイル３２のみ、あるいは内コイル３２と外コイル３４とに通電しているか否かを判定する。内コイル３２と外コイル３４の両方に通電している場合には、内コイル電流検出器３６と外コイル電流検出段器３７により検出される電流比がアンバランスか否かを判定する（ステップ１４）。加熱コイル上に載置された鍋のサイズが小さい場合には、内コイル３２あるいは外コイル３４の一方のみ磁気結合が強く他方は弱くなるので、内コイル３２と外コイル３４の負荷インピーダンスがアンバランスになり、各負荷回路に流れる電流もアンバランスになり易い。従って、図７に示すように、内コイル３２に流れる電流と外コイル３４に流れる電流がアンバランスになった場合には、小径鍋が載置されていると判断して、内コイル３２のみに通電する内コイルモードに変更する（ステップ１５）。

また、内コイル３２のみに通電していた場合において、使用鍋のサイズが大きく、内コイル３２と外コイル３４の両方に載置されると、内コイル３２と外コイル３４にまたがる磁路が形成され、両コイル３２、３４の磁気結合が強まり、外コイル３４に誘起される電圧も大きくなる。そこで、外コイル電圧検出器３８により検出される誘導電圧の大きさを判定し（ステップ１６）、図８に示すように、所定値以上の誘導電圧が検出された場合には、大径鍋や中径鍋が載置されているものと判断して、内コイル３２と外コイル３４の両方に通電する内外コイルモードに変更する（ステップ１７）。

そして、操作入力部４０から加熱停止の指示入力が無いか否かを判定し（ステップ１８）、停止指示が無ければステップ７に戻り、加熱停止の指示入力が有った場合には、インバータ回路８への駆動信号の出力を停止して加熱動作を停止し（ステップ１９）、ステップ１の加熱開始の指示入力待ちに戻る。

ここで、前述した初期負荷判定処理を図９〜図１３の図面を用いて説明する。図９は実施の形態１における初期負荷判定処理を示すフローチャート、図１０は初期負荷判定処理における一次判定用の駆動信号を示す波形図、図１１は初期負荷判定処理における一次判定条件を示す図、図１２は初期負荷判定処理における二次判定用の駆動信号を示す波形図、図１３は初期負荷判定処理における二次判定条件を示す図である。

まず、内コイル３２にハーフブリッジ駆動により通電する（ステップ２１）。例えば図１０に示す駆動信号のように、共通アーム９の下スイッチ１３をオン状態にして出力端子電圧を０Ｖとし、内コイル用アーム１０を高周波で駆動して内コイル用アーム１０の出力端子に高周波電圧を発生させ、外コイル用アーム１１の上下スイッチ２２、２３をオフ状態にして外コイル用アーム１１の出力端子を０Ｖ〜＋Ｖ（正母線電位）で不定の電位とし、内コイル負荷回路３０のみに高周波電圧を発生させる（ステップ２１）。そして、入力電流検出器６と内コイル電流検出器３６により検出される電流値を利用して、例えば図１１に基づき、一次判定を行う（ステップ２２）。図１１では、出力電流が大きい場合や、入力電流に対して出力電流の大きいときはアルミ鍋等の低抵抗の加熱に適さない不適正鍋と判断する。また、入力電流が小さい場合や、出力電流が小さい場合には、コイル上に鍋が載置されていない状態（無負荷）、フォークやナイフ等の小物が載置されている状態と判断する。また、入力電流と出力電流が所定範囲内にあるとき正確に判断できないとして二次判定に移行し、その他では加熱に適する鍋と判断する。

二次判定に移行した場合には、内コイル３２にフルブリッジ駆動により通電する（ステップ２３）。例えば図１２に示す駆動信号を出力して、共通アーム９と内コイル用アーム１０とを高周波で駆動して内コイル用アーム１０の出力端子に高周波電圧を発生させ、外コイル用アーム１１の上下スイッチ２２、２３をオフ状態にして外コイル用アーム１１の出力端子を０Ｖ〜＋Ｖ（正母線電位）で不定の電位とし、内コイル負荷回路３０のみに高周波電圧を発生させる（ステップ２３）。そして、入力電流検出器６と内コイル電流検出器３６により検出される電流値を利用して、例えば図１３に基づき、二次判定を行う（ステップ２４）。図１３では、出力電流が大きい場合や、入力電流に対して出力電流の大きい場合はアルミ鍋等の低抵抗の加熱に適さない不適切な鍋と判断する。また、入力電流が小さい場合や出力電流が小さい場合には、加熱コイル上に鍋が載置されていない状態、フォークやナイフ等の小物が載置されている状態と判断する（ステップ２４）。一次判定（ステップ２２）や二次判定（ステップ２４）で負荷が不適正鍋や小物と判断した場合には、検知した負荷データとして不適正鍋を設定し（ステップ２５）、適正な鍋を検出した場合には、負荷データとして適性鍋を設定して（ステップ２６）、初期負荷判定の処理を終了する。

以上のように実施の形態１によれば、鍋サイズに応じて内コイル３２のみ、あるいは内コイル３２と外コイル３４とに通電して加熱を行うので、鍋サイズに依らず漏れ磁束が少なく、また、フルブリッジ動作による高出力からハーフブリッジ動作による低出力まで、幅広い出力範囲で加熱動作を行うことができる。また、加熱開始時に、内コイル３２のみにハーフブリッジ動作で初期負荷の判定処理を行うので、鍋サイズや鍋材質に依らず、鍋判定を安全確実に行うことができる。また、ハーフブリッジ動作においては、共通アーム９の出力端子が固定電圧であるため、内コイル３２と外コイル３４で独立して出力調整が可能であり、また、内コイル３２のみ、あるいは外コイル３４のみに通電して、他方のコイルには通電しない片側駆動の場合においても、通電していない負荷回路の一端の電位が固定されるので誘導電流が流れ難い。

なお、前記の実施の形態１では、フルブリッジ動作における出力制御を共通アーム９への駆動信号と、内コイル用アーム１０あるいは外コイル用アーム１１への駆動信号との位相差を制御することで行ったが、各アームの上スイッチと下スイッチの通電比率や駆動周波数の制御で出力制御を行ってもよい。また、ハーフブリッジ動作における出力制御も駆動周波数を制御することで行ってもよい。
また、実施の形態１では、内外コイルモードで動作させる場合に、内コイル３２と外コイル３４に同時に通電するように、図３あるいは図４に示した駆動信号により３組のアームのスイッチング素子を駆動する動作を示したが、内コイル３２と外コイル３４に時分割で交互に通電するように動作させてもよい。内コイル３２と外コイル３４に交互に通電させる場合の駆動信号の例を図１４（フルブリッジ動作）と図１５（ハーフブリッジ動作）に示す。

実施の形態２．
実施の形態１の初期負荷判定は、図９のフローチャートで示したように、内コイル負荷回路３０のみにハーフブリッジ駆動で通電して、鍋サイズにかかわらず鍋材質を判別するようにしたが、実施の形態２では、内コイル３２と外コイル３４の同時通電やフルブリッジ駆動で初期負荷判定を行うようにしたものである。

図１６は実施の形態２における初期負荷判定処理を示すフローチャート、図１７は初期負荷判定処理における一次判定用の駆動信号を示す波形図、図１８は初期負荷判定処理における二次判定用の駆動信号を示す波形図である。なお、実施の形態２における回路構成は、実施の形態１で説明した図１と同様であり、説明を省略する。

実施の形態２における制御部３９のインバータ制御手段は、加熱開始時に共通アーム９の上下スイッチ１２、１３のうち下スイッチ１３をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアーム１０、１１を高周波で駆動してハーフブリッジ動作させ、内コイル電流検出器３６と外コイル電流検出器３７とにより検出された電流の比が所定範囲内のとき、入力電流検出器６により検出された入力電流と内コイル電流検出器３６および外コイル電流検出器３７の検出電流の和との相関に基づいて負荷判定（一次判定）を行う。この負荷判定が不確定のとき、共通アーム９と他の２組のアーム１０、１１とを高周波で駆動してフルブリッジ動作させ、内コイル電流検出器３６と外コイル電流検出器３７とにより検出された電流の比が所定範囲内のときは、入力電流検出器６により検出された入力電流と内コイル電流検出器３６および外コイル電流検出器３７の検出電流の和との相関に基づいて再び負荷判定（二次判定）を行う。

また、ハーフブリッジ動作時の内コイル電流検出器３６と外コイル電流検出器３７との検出電流の比が所定範囲外のとき、共通アーム９の上下スイッチ１２、１３のうち下スイッチ１３をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアーム１０、１１のうち内コイル用アーム１０を高周波で駆動してハーフブリッジ動作させ、入力電流検出器６により検出された入力電流と内コイル電流検出器３６の検出電流との相関に基づいて負荷判定（一次判定）を行う。さらに、この負荷判定が不確定のとき、共通アーム９と他の２組のアーム１０、１１のうち内コイル用アーム１０とを高周波で駆動してフルブリッジ動作させ、入力電流検出器６により検出された入力電流と内コイル電流検出器３６の検出電流との相関に基づいて再び負荷判定（二次判定）を行うようにしている。

次に、実施の形態２の動作を図１６〜図１８に基づいて説明する。
本実施の形態においては、共通アーム駆動回路２７、内コイル用アーム駆動回路２８および外コイル用アーム駆動回路２９から図１７に示すような駆動信号が出力され、共通アーム９の下スイッチ１３をオン状態にして継続し、その出力端子電圧が０Ｖに固定されている。内コイル用アーム１０と外コイル用アーム１１の上スイッチ１７、２２と下スイッチ１８、２３とが交互にオンオフを繰り返して高周波電圧を出力させ、内コイル負荷回路３０と外コイル負荷回路３１とにハーフブリッジ駆動で高周波電圧が印加される(ステップ１０１)。

そして、内コイル電流検出器３６と外コイル電流検出器３７により検出された内コイル３２に流れる電流と外コイル３４に流れる電流の比が所定範囲内か否かを判定する（ステップ１０２）。差が大きくない場合には、大径あるいは中径の鍋が載置されている可能性があるとして、実施の形態１と同様に図１１に示す関係を用いて、入力電流検出器６で検出された入力電流と内コイル３０および外コイル３２に流れる出力電流の和とから鍋の一次判定を行う（ステップ１０３）。入力電流に対して出力電流の大きい場合や絶対的に出力電流が大きい場合に、アルミ鍋等の誘導加熱に適さない電気抵抗の低い鍋（低抵抗鍋）と判断し、出力電流や入力電流が小さい場合には無負荷状態や、ナイフやフォーク等の小物負荷が置かれた状態と判断する。また、入力電流と出力電流とが所定範囲で、ある程度大きい場合には中径あるいは大径の適正鍋と判断する（中径・大径鍋）。

それ以外は二次判定に移行し、この場合は、図１８に示すような駆動信号を、共通アーム駆動回路２７、内コイル用アーム駆動回路２８および外コイル用アーム駆動回路２９から出力する（ステップ１０４）。そして、内コイル電流検出器３６により検出された出力電流と、外コイル電流検出器３７により検出された出力電流が所定の比の範囲に収まっているか否かを判定する（ステップ１０５）。所定範囲外であれば小径鍋が載置されている可能性があるとして後述のステップ１１１に移行し、所定範囲内にある場合には鍋の二次判定を実施の形態１と同様に図１３を用いて行う（ステップ１０６）。即ち、出力電流の和が所定値を超えて大きい場合や、小さい入力電流に対して出力電流が大きい場合には電気抵抗の小さい誘導加熱に適さない鍋（低抵抗鍋）と判断し、また、出力電流や入力電流が小さい場合には鍋が載置されていない無負荷状態や、フォークやナイフ等の加熱を停止すべき小物負荷と判断し、それ以外は大径あるいは中径の鍋が載置されていると判断する。ステップ１０３の一次判定およびステップ１０６の二次判定で低抵抗鍋や無負荷状態、小物負荷と判断した場合には、負荷判定結果を不適正鍋とし（ステップ１０７）、加熱に適した中径あるいは大径鍋と判断した場合には負荷判定結果を内外コイル通電鍋とする（ステップ１０８）。なお、一次判定で使用される図１１、二次判定で使用される図１３の閾値は、各アームの駆動条件や入力電圧等の動作条件に応じて調整された値が用いられている。

ステップ１０２において、内コイル電流検出器３６と外コイル電流検出器３７により検出された内コイル３２に流れる電流と外コイル３４に流れる電流の比が所定範囲内でなかった場合には、内コイル３２のみと磁気結合している小径鍋が載置されている可能性が高いと判断して、図１０に示す駆動信号を、共通アーム駆動回路２７と内コイル用アーム駆動回路２８とから出力して、内コイル３２のみをハーフブリッジ駆動し（ステップ１０９）、内コイル電流検出器３６で検出された出力電流と入力電流検出器６で検出された入力電流とからステップ１０３と同様に鍋の一次判定を行う（ステップ１１０）。但し、判定用閾値はステップ１０２と異なるものとする。出力電流が過大な場合や、入力電流あるいは出力電流が小さい場合には不適正鍋と判断し、入力電流と出力電流が所定範囲で、ある程度大きい場合には小径の適正鍋と判断し（小径鍋）、それ以外は二次判定処理に移行するために図１２に示す駆動信号を、共通アーム駆動回路２７と内コイル用アーム駆動回路２８から出力して、外コイル用アーム１１の出力を開放状態とし、共通アーム９と内コイル用アーム１０から高周波電圧を出力し、内コイル負荷回路３０のみにフルブリッジ駆動で高周波電圧を印加する（ステップ１１１）。そして、内コイル電流検出器３６と入力電流検出器６で検出された出力電流と入力電流を用いて、二次判定を行う（ステップ１１２）。ステップ１１０の一次判定とステップ１１２の二次判定とで低抵抗鍋や無負荷状態、小物負荷と判断した場合には負荷判定結果を不適正鍋とし(ステップ１０７)、加熱に適した小径鍋と判断した場合には負荷判定結果を内コイル通電鍋とする（ステップ１１３）。

なお、前記の実施の形態２では、内加熱コイル３２と外加熱コイル３４とに流れる電流を検出する手段を設け、検出した内加熱コイル電流と外加熱コイル電流の比率から加熱している鍋の大きさを判断して、通電する加熱コイルを切り換える例を示したが、内加熱コイル３２と外加熱コイル３４とに生じる電圧、あるいはその共振コンデンサ３３、３５に生じる電圧を検出する手段を設け、その検出電圧の比率などから加熱している鍋の大きさを判断して、通電する加熱コイルを切り換えるようにしてもよい。

以上のように実施の形態２によれば、加熱開始時に共通アーム９の下スイッチ１３をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアーム１０、１１を高周波で駆動してハーフブリッジ動作させ、内コイル電流検出器３６と外コイル電流検出器３７とにより検出された電流の比が所定範囲内のとき、実施の形態１と同様に内コイル３２のみにハーフブリッジ動作で高周波電圧を印加して初期負荷の判定処理を行うようにしたので、鍋サイズや鍋材質に依らず、鍋判定を安全確実に行うことができる。また、内コイル３２と外コイル３４をハーフブリッジ動作しているときに、一次判定において負荷が不確定であったとき内コイル３２と外コイル３４をフルブリッジ動作で二次判定に入るようにしているので、各アーム９〜１１に過電流を流すことなく正確に負荷を判定することができる。

本発明の実施の形態１における誘導加熱調理器の回路構成を示す図である。実施の形態１における誘導加熱調理器の加熱制御処理を示すフローチャートである。インバータ回路へのフルブリッジモードにおける駆動信号の一例を示す波形図である。インバータ回路へのハーフブリッジモードにおける駆動信号の一例を示す波形図である。インバータ回路のフルブリッジモードの出力電圧を示す波形図である。インバータ回路のハーフブリッジモードの出力電圧を示す波形図である。内加熱コイル通電と外加熱コイル通電とから内加熱コイルのみに通電を切り換える判定条件を示す図である。内加熱コイルのみの通電から内コイルと外コイルとに通電を切り換える判定条件を示す図である。実施の形態１における初期負荷判定処理を示すフローチャートである。初期負荷判定処理における一次判定用の駆動信号を示す波形図である。初期負荷判定処理における一次判定条件を示す図である。初期負荷判定処理における二次判定用の駆動信号を示す波形図である。初期負荷判定処理における二次判定条件を示す図である。インバータ回路のフルブリッジモードの他の例を示す出力電圧の波形図である。インバータ回路のハーフブリッジモードの他の例を示す出力電圧の波形図である。実施の形態２における初期負荷判定処理を示すフローチャートである。初期負荷判定処理における一次判定用の駆動信号を示す波形図である。初期負荷判定処理における二次判定用の駆動信号を示す波形図である。

符号の説明

１商用交流電源、２直流電源回路、８インバータ回路、９共通アーム、
１０内コイル用アーム、１１外コイル用アーム、２７共通アーム駆動回路、
２８内コイル用アーム駆動回路、２９外コイル用アーム駆動回路、３２内コイル、３３内コイル用の共振コンデンサ、３４外コイル、３５外コイル用の共振コンデンサ、３９制御部、４０操作入力部、４１表示部。

Claims

直流電源回路の母線間にそれぞれ２個のスイッチング素子が直列に接続されてなり、この２個のスイッチング素子を組とする３組のアームと、
前記３組のアームの各スイッチング素子を駆動制御するインバータ制御手段と、
同心円上に配設された内コイルおよび外コイルと、
前記内コイルおよび外コイルとそれぞれ直列共振回路を構成する共振コンデンサと、
前記直流電源回路に入力される電流を検出する入力電流検出手段と、
前記内コイルに流れる電流を検出する内コイル電流検出手段と、
前記外コイルに流れる電流を検出する外コイル電流検出手段とを備え、
前記３組のアームのうち１組を共通アームとし、この共通アームと他の２組のアーム間にそれぞれ前記直列共振回路を接続するとともに、その直列共振回路の内コイルと外コイルを前記共通アームから流れ出る電流の周回方向が同じ向きになるように接続し、
前記インバータ制御手段において、前記共通アームを高周波で駆動するとともに他の２組のアームの少なくとも１組を高周波で駆動するフルブリッジ動作と、共通アームを固定駆動するとともに他の２組のアームの少なくとも１組を高周波で駆動するハーフブリッジ動作を切り換え可能にしたことを特徴とする誘導加熱調理器。
前記インバータ制御手段は、加熱開始時に前記共通アームの２個のスイッチング素子のうち何れか一方をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアームのうち一方のアームを高周波で駆動してハーフブリッジ動作させ、前記入力電流検出手段により検出された入力電流と前記内コイル電流検出手段あるいは前記外コイル電流検出手段の何れか一方の検出電流との相関に基づいて負荷判定を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
前記インバータ制御手段は、加熱開始時に前記共通アームの２個のスイッチング素子のうち何れか一方をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアームを高周波で駆動してハーフブリッジ動作させ、前記内コイル電流検出手段および前記外コイル電流検出手段により検出された電流の比が所定範囲内のとき、前記入力電流検出手段により検出された入力電流と前記内コイル電流検出手段および前記外コイル電流検出手段の検出電流の和との相関に基づいて負荷判定を行うことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
前記インバータ制御手段は、ハーフブリッジ動作で行った負荷判定が不確定のとき、前記共通アームと他の２組のアームとを高周波で駆動してフルブリッジ動作させ、前記内コイル電流検出手段および前記外コイル電流検出手段により検出された電流の比が所定範囲内のときは、前記入力電流検出手段により検出された入力電流と前記内コイル電流検出手段および前記外コイル電流検出手段の検出電流の和との相関に基づいて再び負荷判定を行うことを特徴とする請求項３記載の誘導加熱調理器。
前記インバータ制御手段は、ハーフブリッジ動作時の前記内コイル電流検出手段および前記外コイル電流検出手段の検出電流の比が所定範囲外のとき、前記共通アームの２個のスイッチング素子のうち何れか一方をオンにしてその状態を固定するとともに、他の２組のアームのうち一方のアームを高周波で駆動してハーフブリッジ動作させ、前記入力電流検出手段により検出された入力電流と前記内コイル電流検出手段あるいは前記外コイル電流検出手段の何れか一方の検出電流との相関に基づいて負荷判定を行うことを特徴とする請求項３記載の誘導加熱調理器。
前記インバータ制御手段は、ハーフブリッジ動作で行った負荷判定が不確定のとき、前記共通アームと他の２組のアームのうち一方のアームとを高周波で駆動してフルブリッジ動作させ、前記入力電流検出手段により検出された入力電流と前記内コイル電流検出手段あるいは前記外コイル電流検出手段の何れか一方の検出電流との相関に基づいて再び負荷判定を行うことを特徴とする請求項２又は５記載の誘導加熱調理器。